[发明专利]性能改进的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的性能的锂二次电池。更具体而言，本发明涉及含有作为阴极活性材料的锂过渡金属氧化物的二次电池，其中一种有机铵化合物被添加到阴极和/或涂敷在隔膜上。

背景技术

技术的发展以及对移动设备需求的增加使得对二次电池能源的需求快速增长。其中，大部分研究开发工作集中在具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池方面。这些锂二次电池也可商购获得，并已被广泛使用。

一般而言，锂二次电池使用过渡金属氧化物例如LiCoO₂作为阴极活性材料，而使用含碳材料作为阳极活性材料，通过将一种多孔聚烯烃隔膜置于阳极和阴极之间并添加一种含锂盐例如LiPF₆的非水性电解质而制得。充电时，锂离子自阴极活性材料中脱出并嵌入阳极的碳层中。相反，当放电时，锂离子自阳极的碳层脱出并嵌入阴极活性材料中。此处，非水性电解质充当介质，锂离子通过该介质在阳极和阴极之间进行迁移。这样的锂二次电池必须在电池的操作电压范围内基本稳定，并且必须具有以足够快的速度传递离子的能力。

但是，该锂二次电池的重复充电/放电会导致阴极活性材料的金属组分在阴极侧的溶解以及该金属组分在阳极侧的沉积，从而导致电解质在阳极表面分解的问题。金属组分的溶解和沉积以及电解质的分解在电池高温储存时变得严重，由此导致电池剩余容量及恢复容量的下降。

为了解决与电池剩余容量及恢复容量下降相关的问题，已引入多种技术来防止锂二次电池中阴极活性材料的金属组分的溶解。例如，已提出一种通过降低活性材料的比表面积来降低金属元素随时间推移而溶解到电解质中的技术(Y.Xia，et al.J.of Power Source24，24-28(1998))。但是，该方法须将活性材料颗粒制成大尺寸，这需要长时间的热处理，而且还会由于反应面积的下降和锂离子扩散距离的增大而不利地导致电极高速放电特性和低温特性的恶化。

除上述技术外，表面处理方法也被广泛使用。例如，为改善高温储存特性，一种表面处理技术使用非均质的元素(Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃等)。但是，这样的表面处理方法也存在电池容量严重下降的问题，并增加了多个加工步骤。

因此，本领域非常需要开发能够基本解决上述问题的技术。

发明内容

技术问题

因此，本发明旨在解决上述问题及尚未解决的其他技术问题。

为解决上述问题，本发明的发明人经过大量广泛而深入的研究和实验发现，向锂二次电池的阴极和/或隔膜中引入能够提供铵离子的有机铵化合物，能够改善电池在高温储存后的剩余容量和恢复容量，并能改善电池在低温和高温时的电力保持力。本发明基于这些发现而完成。

技术方案

根据本发明的一个方面，上述及其他目的可如下实现：提供含有作为阴极活性材料的锂过渡金属氧化物的二次电池，其中一种有机铵化合物被添加到阴极和/或涂敷在隔膜上。

所述有机铵化合物能够释放可除去电解质中所存在的金属离子例如锰(Mn)的铵离子，并在阳极上形成稳定的表面涂层，从而抑制了金属离子的沉积。因此，还可抑制由于金属离子沉积而导致的其他电解质分解反应。这样，通过向阴极添加有机铵化合物或将有机铵化合物涂覆于隔膜上，可降低锂二次电池高温循环特性的下降以及电池由于高温储存所致的剩余容量和恢复容量的下降，同时改善低温和高温时的电力保持力。

加入电解质中的有机铵化合物的优选实例可包括如式(I)所示的含羧基的有机铵化合物：

R₁-CO₂^-(NH₄)⁺   (I)

其中R₁为任选被取代的烷基或任选被取代的芳基。

如果需要，这些化合物可单独使用或以其任意结合的方式使用。